武漢理工大學模電課件第3章三極管放大電路

1、模擬電子技術模擬電子技術電子技術基礎精品課程電子技術基礎精品課程第三章第三章 雙極型三極管及其放大電路雙極型三極管及其放大電路信息工程學院信息工程學院電子技術基礎課程組電子技術基礎課程組 2022-4-253.3.雙極型三極管及其放大電路雙極型三極管及其放大電路 雙極型三極管雙極型三極管(BJT) 基本基本共射極共射極放大電路放大電路 放大電路的放大電路的分析方法分析方法 放大電路放大電路靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題的穩(wěn)定問題 共集電極放大電路和共基極放大電路共集電極放大電路和共基極放大電路 組合放大電路組合放大電路* * * 放大電路的放大電路的頻率響應頻率響應 單級放大電路的瞬態(tài)響應單級

2、放大電路的瞬態(tài)響應* * *主要內容主要內容知識點知識點作業(yè)作業(yè)/wiki/BJT小結小結 2022-4-25本章主要內容本章主要內容1.1. 半導體三極管的結構、工作原理、電流分配關系、特性曲半導體三極管的結構、工作原理、電流分配關系、特性曲線線2.2. 三極管放大電路的組成、放大電路的分析方法三極管放大電路的組成、放大電路的分析方法先靜后動先靜后動靜態(tài)分析靜態(tài)分析估算法、圖解分析法求估算法、圖解分析法求Q Q點點動態(tài)分析動態(tài)分析圖解法、小信號模型法求圖解法、小信號模型法求AV、Ri、Ro3.3. 分析放大電路三種組態(tài)：共射、共集，共基。并進行比較

3、。分析放大電路三種組態(tài)：共射、共集，共基。并進行比較。4.4. 放大電路的重要指標放大電路的重要指標頻率響應和帶寬。頻率響應和帶寬。 2022-4-25知識點知識點NPN管管 PNP管管 半導體三極管的放大條件半導體三極管的放大條件 放大作用放大作用 共射電流放大系數共射電流放大系數 共基電流放大系數共基電流放大系數 輸入、輸出特性輸入、輸出特性 交、直流通路交、直流通路 直流負載線直流負載線 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 交流負載線交流負載線 放大區(qū)放大區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 截止區(qū)截止區(qū)電壓放大倍數電壓放大倍數 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻 共射、共基、共集共射、共基、共集幅頻響應幅頻響應 相頻響

4、應相頻響應轉折頻率轉折頻率 頻率失真頻率失真 低通電路低通電路 高通電路高通電路 波特圖波特圖 高頻響應高頻響應 低頻響應低頻響應 帶寬帶寬 2022-4-25半導體半導體BJT一、結構簡介一、結構簡介(Semiconductor Bipolar Junction Transistor)分類分類按頻率：高頻管、低頻管按頻率：高頻管、低頻管按功率：大、中、小功率管按功率：大、中、小功率管按材料：硅管、鍺管按材料：硅管、鍺管按結構：按結構：NPN型型、PNP型型二、放大狀態(tài)下二、放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理三、三、BJT的的V-I 特性曲線特性曲線四、四、BJT的主要參數的主要參數五、五、

5、BJT的選型的選型(自學自學P3941)六、溫度對六、溫度對BJT參數及特性的影響參數及特性的影響 2022-4-25e 發(fā)射極發(fā)射極 emitterc 集電極集電極 collectorJE 發(fā)射結發(fā)射結晶體管內部結構（晶體管內部結構（NPN）N集電區(qū)集電區(qū)N發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)P基區(qū)基區(qū)b基極基極baseJC 集電結集電結ceb 基區(qū)：薄基區(qū)：薄(微米量級微米量級)，摻雜度低，摻雜度低 傳輸電子（非平衡少子）傳輸電子（非平衡少子） 發(fā)射區(qū)：摻雜度很高發(fā)射區(qū)：摻雜度很高 向基區(qū)發(fā)射電子（多子）向基區(qū)發(fā)射電子（多子） 集電區(qū)：面積大，摻雜度比發(fā)射區(qū)小集電區(qū)：面積大，摻雜度比發(fā)射區(qū)小 收集電子（多子）收集

6、電子（多子）箭頭方向代表發(fā)射結正偏情況箭頭方向代表發(fā)射結正偏情況下，發(fā)射極電流的實際方向下，發(fā)射極電流的實際方向 2022-4-25晶體管內部結構（晶體管內部結構（PNP）cbe 基區(qū)：薄基區(qū)：薄(微米量級微米量級)，摻雜度低，摻雜度低 傳輸空穴（非平衡少子）傳輸空穴（非平衡少子） 發(fā)射區(qū)：摻雜度很高發(fā)射區(qū)：摻雜度很高 向基區(qū)發(fā)射空穴（多子）向基區(qū)發(fā)射空穴（多子）PPNb基極基極basec 集電極集電極 collectore 發(fā)射極發(fā)射極 emitterJC 集電結集電結JE 發(fā)射結發(fā)射結 集電區(qū)：面積大，摻雜度比發(fā)射區(qū)小集電區(qū)：面積大，摻雜度比發(fā)射區(qū)小 收集空穴（多子）收集空穴（多子）箭頭方

7、向代表發(fā)射結正偏情況箭頭方向代表發(fā)射結正偏情況下，發(fā)射極電流的實際方向下，發(fā)射極電流的實際方向 2022-4-25放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT工作原理工作原理 在不同偏置條件下的四種工作狀態(tài)在不同偏置條件下的四種工作狀態(tài)發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結工作狀態(tài)工作狀態(tài)反偏反偏反偏反偏截止截止反偏反偏正偏正偏倒置放大倒置放大正偏正偏反偏反偏正常放大正常放大正偏正偏正偏正偏飽和飽和1. BJT內部載流子傳輸過程內部載流子傳輸過程2. BJT的電流分配關系的電流分配關系3. BJT在放大電路中的應用舉例在放大電路中的應用舉例思考題思考題ecN集電區(qū)集電區(qū)N發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)P基區(qū)基區(qū)b 三極管正常放大的內部條件與外

8、部條件三極管正常放大的內部條件與外部條件 2022-4-25 發(fā)射區(qū)中的多子向基區(qū)擴散發(fā)射區(qū)中的多子向基區(qū)擴散,形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流IE 非平衡少子在基區(qū)擴散與復合非平衡少子在基區(qū)擴散與復合,形成復合電流形成復合電流IBN 集電區(qū)收集載流子集電區(qū)收集載流子,形成集電極電流形成集電極電流IC載流子傳輸過程載流子傳輸過程EEVCCVBICIEIeRcRNPNbec發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結EPIENIEPENEIII CNICBOICBOCNCIII BNIBNCNENIII CBOEPBNBIIII CEII )(CBOCNEPENIIII CBOEPCNEN)(IIII 2022-4-2

9、5電流分配關系電流分配關系EEVCCVBICIEIeRcRNPNbec發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結EPIENICNICBOIBNI數數共基極直流電流放大系共基極直流電流放大系： ECNII ECCBOIII 很小時，很小時，當當CBOBCCBOCNCBCE111,IIIIIIIII 又由于又由于 1數數共射極直流電流放大系共射極直流電流放大系：定義定義 BCII BE)1(II CBOCBOCEO)1(11III 2022-4-25應用舉例應用舉例 BJT放大電路的三種連接方式放大電路的三種連接方式 BJT具有放大作用的條件具有放大作用的條件 內部條件：基區(qū)薄，摻雜度很低；發(fā)射區(qū)摻雜度高，內部條件

10、：基區(qū)薄，摻雜度很低；發(fā)射區(qū)摻雜度高，結面積?。患妳^(qū)摻雜低于發(fā)射區(qū)，結面積大。結面積??；集電區(qū)摻雜低于發(fā)射區(qū)，結面積大。 外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏（基本原則）。外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏（基本原則）。 2022-4-25三種連接方式三種連接方式基極基極集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極公共端公共端電壓電壓電流電流電壓、電流電壓、電流放大作用放大作用集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極共基組態(tài)共基組態(tài)發(fā)射極發(fā)射極基極基極共集組態(tài)共集組態(tài)集電極集電極基極基極共射組態(tài)共射組態(tài)輸出端輸出端輸入端輸入端 2022-4-25BJT工作原理思考題工作原理思考題思考題思考題1. 1. 保證三極管處于放大的工作狀態(tài)，

11、其外部條件是什么？保證三極管處于放大的工作狀態(tài)，其外部條件是什么？2. 2. 一個三極管和兩個背靠背相接的二極管有什么區(qū)別？一個三極管和兩個背靠背相接的二極管有什么區(qū)別？3. 3. 三極管放大電路有哪幾組狀態(tài)，每組狀態(tài)電路特點？三極管放大電路有哪幾組狀態(tài)，每組狀態(tài)電路特點？4. 4. 共基電路有無電流電壓放大作用？共射電路呢？共基電路有無電流電壓放大作用？共射電路呢？5. 5. 為什么說三極管是電流控制器件，三極管的電流分配為什么說三極管是電流控制器件，三極管的電流分配關系怎樣？關系怎樣？ 2022-4-25BJT的的V-I 特性曲線特性曲線1. 共射電路中共射電路中BJT的特性曲線的特性曲線

12、a) 輸入特性曲線輸入特性曲線b) 輸出特性曲線輸出特性曲線 非線性元件，常借助于伏安特性來描述非線性元件，常借助于伏安特性來描述 指數方程，直接求解難度大，常采用直觀方法指數方程，直接求解難度大，常采用直觀方法（特性曲線）（特性曲線） 三個電極，特性曲線需要兩張圖來表達三個電極，特性曲線需要兩張圖來表達a）輸入特性曲線（輸入回路的伏安特性）輸入特性曲線（輸入回路的伏安特性）b）輸出特性曲線（輸出回路的伏安特性）輸出特性曲線（輸出回路的伏安特性）2. 共基電路中共基電路中BJT的特性曲線的特性曲線 2022-4-25.0BEBCE摻雜度有關摻雜度有關和基區(qū)寬度及和基區(qū)寬度及大小只與大小只與進行

13、，進行，基區(qū)內的復合最大程度基區(qū)內的復合最大程度力弱，力弱，非平衡少數載流子的能非平衡少數載流子的能時，集電結正偏，收集時，集電結正偏，收集viv .,V1BBECE表現(xiàn)為曲線稍微右移表現(xiàn)為曲線稍微右移，作用下作用下在同一在同一減少，減少，少數載流子，基區(qū)復合少數載流子，基區(qū)復合平衡平衡反偏狀態(tài)，開始收集非反偏狀態(tài)，開始收集非集電結已進入集電結已進入時時當當 ivvBEvBi共射輸入特性曲線共射輸入特性曲線 輸入特性輸入特性常數常數 CE)(BEBvvfiV0CE vV1CE v80604020()A0+iC-vBE+-vCET+iB明顯。明顯。再增加時，曲線右移不再增加時，

14、曲線右移不V1CE v 2022-4-25共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線BiBEvCiCEv EiiiB=20A04060801002468/ V vCE01234C/ mA 輸出特性輸出特性常數常數 B)(CECivfib.b.起始部分很陡起始部分很陡 d.d.曲線比較平坦的部分，曲線比較平坦的部分，隨隨vCE增加略上翹。增加略上翹。特點：特點：a.a.各條曲線形狀相似各條曲線形狀相似c. .輸出特性當超過一定值時輸出特性當超過一定值時（約（約1V），變得平坦），變得平坦三個工作區(qū)域三個工作區(qū)域 2022-4-25三個工作區(qū)域三個工作區(qū)域iiB=20A04060801002468/ V v

15、CE01234C/ mA 飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受vCE顯著控制的區(qū)域，顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內該區(qū)域內vCE0.7 V。此時發(fā)射結正。此時發(fā)射結正偏，集電結也正偏偏，集電結也正偏;ICiB; VCE= VCES0.3V截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結的曲線的下方。此時，發(fā)射結偏置偏置0.7，集電結反偏，集電結反偏; IB0，IC0 , CE極間開路。極間開路。放大區(qū)放大區(qū)曲線基本平行等距。此曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏時，發(fā)射結正偏0.7V ，集電結，集電結反偏反偏; IC=IB 該區(qū)中有：該區(qū)中有：

16、BCII 2022-4-25共基特性曲線共基特性曲線2. 共基電路的特性曲線共基電路的特性曲線 輸入特性輸入特性 輸出特性輸出特性 Cvvfi CB)(EBECivfi E)(CBC60420.8ConstantCB v)V(EBv)mA(Ei08)mA(Ci)V(BCvmA1E imA2mA3mA4mA0 2022-4-25BJT的主要參數的主要參數1. 電流放大系數（分交、直流兩種情況）電流放大系數（分交、直流兩種情況）2. 極間反向電流極間反向電流3. 極限參數極限參數a）集電極開路時，）集電極開路時，V（BR）EBOb）發(fā)射極開路時，）發(fā)射極開路時，V（BR）CBO

17、c）基極開路時，）基極開路時，V（BR）CEO d）ICM（IC增加時，增加時， 要下降要下降。當。當 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值的值的70時，所對應的時，所對應的IC稱為集電極最大允許電流稱為集電極最大允許電流ICM。）e）集電極）集電極最大允許功率耗散最大允許功率耗散PCM-(BR)CEO(BR)CBO(BR)EBOCMCECCPviP 2022-4-25電流放大系數電流放大系數 共基極電流放大系數：共基極電流放大系數：BCII BCii ECII ECii 一般取一般取30308080之間之間38A60mA3 . 2BC II40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(

18、BC ii 共發(fā)射極電流放大系數：共發(fā)射極電流放大系數：iiB=20A04060801002468/ V vCE01234C/ mA 3 . 25 . 1Bi Ci 2022-4-25極間反向電流極間反向電流+ICBOecbICEO（1）集電極基極間反向飽和電流）集電極基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到的反向電流。本質：電壓，得到的反向電流。本質：PN結結的反向（飽和）電流。的反向（飽和）電流。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流基

19、極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。 鍺管：微安數量級，鍺管：微安數量級，硅管：納安數量級。硅管：納安數量級。CBOCEO)1(II 2022-4-25晶體管的安全工作區(qū)晶體管的安全工作區(qū)iCvCE0V (BR)CEOICMPCM不安全區(qū)不安全區(qū)安全區(qū)安全區(qū)等功耗線等功耗線PC = PCM = vCEiC 2022-4-25三極管的型號三極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名如下國家標準對半導體器件型號的命名如下（GB249-74）：3DG6C用數字表示序號。用數字表示序號。器件的類型，器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管

20、，K為開關管，為開關管，U為光電管，為光電管，X為低頻小功率管，為低頻小功率管，G為高頻小功率管，為高頻小功率管，D為低頻大功率管，為低頻大功率管，A為高頻大功率管，為高頻大功率管，3DJ為場效應為場效應管，管，BT打頭為半導體特殊器件。打頭為半導體特殊器件。器件的材料，器件的材料，A為為PNP型型Ge，B為為NPN型型Ge， C為為PNP型型Si， D為為NPN型型Si。3代表三極管。代表三極管。目前電子制作中常用目前電子制作中常用90 xx系列。系列。用漢語拼音表示規(guī)格號，表明規(guī)格參數。用漢語拼音表示規(guī)格號，表明規(guī)格參數。 2022-4-25基本共射極放大電路基本共射極放大電路二、二、電路

21、組成電路組成(P49例例3.4.2)1. 三極管三極管2. 偏置電路偏置電路3. 輸入、輸出電路輸入、輸出電路一、一、BJT放大原理放大原理(P9899 3.3.1、3. 3.2)三、三、電路習慣畫法、交流通路和直流通路電路習慣畫法、交流通路和直流通路四、工作原理四、工作原理 2022-4-25-v+vCERcVCCRbTVEE-VCE+BJT放大原理放大原理vCE(iCRc）放大原理：放大原理：vBEiBiC（iB） vo 電壓放大倍數：電壓放大倍數：iovvAv vi三極管工作在放大區(qū)的基本原則：三極管工作在放大區(qū)的基本原則：發(fā)射結正偏，發(fā)射結正偏，集電結反偏。集電結反偏。vi+iB+iC

22、+vBE-+VBEICIB共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法靜態(tài)與動態(tài)工作狀態(tài)靜態(tài)與動態(tài)工作狀態(tài) 2022-4-25電路組成電路組成1 信號的輸入輸出電路信號的輸入輸出電路 以正弦波為標準輸入信號以正弦波為標準輸入信號 在實際應用中，正弦波容易識別。在實際應用中，正弦波容易識別。 任何周期信號或非周期信號都可以用不同頻率正任何周期信號或非周期信號都可以用不同頻率正弦波的疊加來表達。弦波的疊加來表達。 信號從輸入端加入，經電路放大后，推動負載。信號從輸入端加入，經電路放大后，推動負載。 電路的直流信號不影響輸入輸出的交變信號。電路的直流信號不影響輸入輸出的交變信號。 要求信號能順暢的輸入輸出。要求信號能順

23、暢的輸入輸出。 大電容大電容隔直流通交流隔直流通交流 信號分別通過一個電解電容（容量要大）輸入、信號分別通過一個電解電容（容量要大）輸入、輸出電路。注意，電解電容有正負極，在接入電路時輸出電路。注意，電解電容有正負極，在接入電路時要將其正極靠近電源正極。要將其正極靠近電源正極。 2022-4-25電路組成電路組成2+TCb1Cb2Rb-+voRLRcVCCVBB-+vi基極電源基極電源與基極電與基極電阻，使發(fā)阻，使發(fā)射結正偏，射結正偏，并提供適并提供適當的靜態(tài)當的靜態(tài)工作點工作點IB和和vBE。放大元件放大元件iC= iB，工作在放大，工作在放大區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)區(qū)，要保證集電結反偏，發(fā)

24、射結正偏。射結正偏。集電極電阻集電極電阻RC，將變，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾娏鬓D變?yōu)樽兓碾妷?。的電壓。集電極電源，為電路集電極電源，為電路提供能量。并保證集提供能量。并保證集電結反偏。電結反偏。 2022-4-25電路組成電路組成3耦合電容：電解電容，有極性，大小為耦合電容：電解電容，有極性，大小為10 F50 F作用：作用：隔直通交。隔直通交。隔離輸入輸出與電路直流偏置的聯(lián)系，隔離輸入輸出與電路直流偏置的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。同時能使信號順利輸入輸出。+TCb1Cb2Rb-+voRLRcVCCVBB-+vivi 2022-4-25-+vi習慣畫法和交、直流通路習慣畫法和交、直

25、流通路+TCb1Cb2Rb-+voRLRcVCCVBBRbRcVCCTRbRcVCC直流通路（靜態(tài)分析）直流通路（靜態(tài)分析）-+vi+TRb-+voRLRc交流通路交流通路動態(tài)分析動態(tài)分析:小內阻的直流電壓源、較大小內阻的直流電壓源、較大容量的電容等視作短路容量的電容等視作短路大內阻的直流電流源、大電大內阻的直流電流源、大電感等視作開路感等視作開路TRbRcVCC直流通路（靜態(tài)分析）直流通路（靜態(tài)分析） 2022-4-25放大電路的分析方法放大電路的分析方法二、小信號模型分析法（二、小信號模型分析法（例題例題）1. 思路：非線性特性的線性化思路：非線性特性的線性化2. 應用條件：低頻小信號應用

26、條件：低頻小信號3. BJT的參數模型及簡化模型的參數模型及簡化模型4. 用小信號模型分析共射極放大電路用小信號模型分析共射極放大電路5. 其他電路組態(tài)的小信號模型其他電路組態(tài)的小信號模型*一、圖解分析方法（一、圖解分析方法（例題例題）1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析2. 動態(tài)分析動態(tài)分析3. 非線性失真與靜態(tài)工作點的關系非線性失真與靜態(tài)工作點的關系低頻低頻 “大大”信號信號不能求動態(tài)指標不能求動態(tài)指標 2022-4-25圖解分析法圖解分析法(靜態(tài)分析靜態(tài)分析)直流負載線：直流負載線：VCE=VCCICRCVCCICVCECCCRV由估算法求出由估算法求出IB，IB對應的輸出特性與直流負載對應的輸出特性

27、與直流負載線的交點就是工作點線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)靜態(tài)VCE靜態(tài)靜態(tài)IC-+viTCb1Cb2RbRcVCC-+voTRbRcVCC直流通路（靜態(tài)分析）直流通路（靜態(tài)分析）CI 2022-4-25圖解分析法（動態(tài)分析）圖解分析法（動態(tài)分析） 圖解的圖解的交流放大交流放大原理（假設輸出開路）原理（假設輸出開路）iBvBEQviic假設在靜態(tài)工作點的基礎上，假設在靜態(tài)工作點的基礎上，輸入一微小的正弦信號輸入一微小的正弦信號 vi靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點iCvCEvce注意：注意：vce與與vi反相！反相！ibBQIBEQVBHIBLI 2022-4-25圖解動態(tài)分析圖解動態(tài)分析-+viTCb1

28、Cb2RbRcVCC-+voiCvCE1）信號是交直流共存：）信號是交直流共存：ceCECEcCCbBBbeBEBEvVviIiiIivVv 2）雖然交流量可正負變化，但瞬時）雖然交流量可正負變化，但瞬時量方向始終不變量方向始終不變3）輸出）輸出vo與輸入與輸入vi相比，相比，幅度被放大了，頻率幅度被放大了，頻率不變，但相位相反。不變，但相位相反。 2022-4-25圖解動態(tài)分析圖解動態(tài)分析-+vi+TCb1Cb2-+voRLRbRcVCC 考慮負載的影響考慮負載的影響a）靜態(tài)工作不受影響）靜態(tài)工作不受影響？b）交流通路有所不同）交流通路有所不同-+vi+TRb-+voRLRcciceLcLc

29、Lccce1 )/(vRiRiRRiv 即：即：ceCEQCEvVv LcCEQ RiV LCQCCEQ)(RIiV LCLCQCEQRiRIV 交流負載線交流負載線常數常數 2022-4-25交流負載線交流負載線iCvCEVCCCCCRVQIB交流負載線交流負載線直流負載線直流負載線斜率為斜率為-1/RL 。（ RL= RLRc ）經過經過Q點。點。 交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。交流負載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。 空載時，交流負載線與直流負載線重合。空載時，交流負載線與直流負載線重合。 2022-4-25非線性失真與靜態(tài)工作點的關系非線性失真與靜態(tài)工作點的關系1

30、iiB=20A04060801002468/ V vCE01234C/ mA 飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)100BEvBi30a）Q點過低點過低信號容易進入截止區(qū)：截止失真信號容易進入截止區(qū)：截止失真60 2022-4-25非線性失真與靜態(tài)工作點的關系非線性失真與靜態(tài)工作點的關系2iiB=20A04060801002468/ V vCE01234C/ mA b）Q點過高點過高信號容易進入飽和區(qū)：飽和失真信號容易進入飽和區(qū)：飽和失真c）為減小和避免非線性失真，必須合理設置）為減小和避免非線性失真，必須合理設置Q點。點。最大不失真輸出最大不失真輸出 2022-4-25圖解例題圖解例題 20

31、22-4-25BJT的共射低頻的共射低頻H參數模型參數模型11. H參數的引出參數的引出根據網絡參數理論：根據網絡參數理論：),(1CEBBEvifv ),(2CEBCvifi求微小變化量（全微分）：求微小變化量（全微分）：CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV CECECBBCCBCEdvvidiiidiIV cerebiebevhihv ceoebfecvhihi BiBEvCiCEv EiCEQBBEViv BQCEBEIvv CEQBCvii BQCECivi 小信號小信號 2022-4-25+cevbevcibibeec+cerevhbi ber+cevbevcibi

32、becBJT的共射低頻的共射低頻H參數模型參數模型22. 各各 H參數的物理意義參數的物理意義cerebiebevhihv ceoebfecvhihi ：CEQBBEie Vivh 輸出端交流短路時的輸出端交流短路時的 輸入電阻，輸入電阻，rbe，103。：BQCEBEreIvvh 輸入端交流開路時的輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比，反向電壓傳輸比，r，10-310-4。:CEQBCfeViih 輸出端交流短路時輸出端交流短路時的電流放大的電流放大 系數，系數，102。:BQCECoeIvih 輸入端交流開路時的輸入端交流開路時的輸出電導，輸出電導，1/rce，10-5S。bfeihoe1hi

33、eh簡化模型簡化模型 2022-4-25各各h參數的物理意義參數的物理意義1：表表示示入入電電阻阻，用用輸輸出出端端交交流流短短路路時時的的輸輸beBBEie:CErivhv iBvBE vBE iBcerebiebevhihv ceoebfecvhihi 2022-4-25表表示示饋饋系系數數，用用輸輸入入端端開開路路時時的的電電壓壓反反rCEBEre:B ivvh iBvBE vBE vCEcerebiebevhihv ceoebfecvhihi 各各h參數的物理意義參數的物理意義2： 2022-4-25表表示示流流放放大大系系數數，用用輸輸出出端端交交流流短短路路時時的的電電 :CEBC

34、feviih iC iBiCvCE各各h參數的物理意義參數的物理意義3：cerebiebevhihv ceoebfecvhihi 2022-4-25表表示示導導，用用輸輸入入端端開開路路時時的的輸輸出出電電ceCECoe/1:Brvihi iCvCE iC vCE各各h參數的物理意義參數的物理意義4：cerebiebevhihv ceoebfecvhihi 2022-4-25簡化模型簡化模型H參數的確定參數的確定cbecJeJbb rb erer 求靜態(tài)工作點求靜態(tài)工作點 求靜態(tài)工作點處求靜態(tài)工作點處berbeebbbbbbebe)()1(irririivr )(1(eebbrrr 約約為為幾

35、幾十十到到幾幾百百歐歐基基區(qū)區(qū)體體電電阻阻，小小功功率率BJT :bb r幾歐或更小幾歐或更小小得多，小得多，比比發(fā)射區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻 ,:bbe rr發(fā)射結的微變電阻發(fā)射結的微變電阻:er)mA()mV(26)1(EQbbbeIrr 常溫下常溫下 2022-4-25小信號模型與共射電路動態(tài)分析小信號模型與共射電路動態(tài)分析-+viTCb1Cb2RbRcVCC-+vo 步驟步驟1 1：確定靜態(tài)工作點：確定靜態(tài)工作點 為什么是？為什么是？ 如何求？如何求？ 直流通路靜態(tài)分析直流通路靜態(tài)分析圖解法或估算法圖解法或估算法EQ 步驟步驟2 2：估算：估算微變電阻微變電阻r rbebe)mA()mV(

36、26)1(EQbbbeIrr 常溫下常溫下 2022-4-25小信號模型與共射電路動態(tài)分析小信號模型與共射電路動態(tài)分析-+viTCb1Cb2RbRcVCC-+vo步驟步驟3 3：畫微變等效電路：畫微變等效電路 畫交流通路畫交流通路 根據交流通路根據交流通路, ,以小信號模以小信號模型代替型代替BJTBJT得到微變等效電得到微變等效電路路 根據假定正方向標出各個電根據假定正方向標出各個電壓、電流壓、電流LRTebciv ov CRbRLRov CRibbecic ibbRiv sR svrbe 2022-4-25小信號模型與共射電路動態(tài)分析小信號模型與共射電路動態(tài)分析 步驟步驟4 4：求電壓增益

37、：求電壓增益vAsR svLRov CRibbecic ibbRiv rbebeLbeLCbebLCciov/ rRrRRriRRivvA 步驟步驟5 5：求：求RiiRRi：負載開路的情況下，從輸入端口向內的等效電阻：負載開路的情況下，從輸入端口向內的等效電阻Ro：負載開路、信號源短路但保留其內阻，從輸出端口向內的：負載開路、信號源短路但保留其內阻，從輸出端口向內的bebi/rRR 步驟步驟6 6：求：求RoCoRR 第第5版版P133 步驟步驟7 7：求：求vsA放大電路的基本模型放大電路的基本模型 2022-4-25電壓放大電路電壓放大電路+ +- -VsIiRs+ +- -RiAVoV

38、iRo+ +- -Io+ +- -RLVoRoRi電壓放大電路的基本模型電壓放大電路的基本模型1 1、輸入電阻、輸入電阻Ri i：iiiivR 2 2、輸出電阻、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓情況下，在輸出端加測試電壓vt t；實；實驗的方法獲得驗的方法獲得Ro的值。的值。Vi3 3、增益：、增益：oLLoioRRRAvvAvv 適用于：適用于： 2022-4-25電流放大電路電流放大電路IsIiRs+ +- -RiAisIiIo+ +- -RLVoRoRi電流放大電路的基本模型電流放大電路的基本模型1 1、輸入電

39、阻、輸入電阻Ri i：iiiivR 2 2、輸出電阻、輸出電阻Ro：信號源開路（保留內阻）、負載開路的：信號源開路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓情況下，在輸出端加測試電壓vt tVi3 3、增益：、增益：RooLosioRRRAiiAii 適用于：適用于： 2022-4-25互阻放大電路互阻放大電路RiAroIiRo+ +- -Io+ +- -RLVoRo互阻放大電路的基本模型互阻放大電路的基本模型1 1、輸入電阻、輸入電阻Ri i：iiiivR 2 2、輸出電阻、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓

40、情況下，在輸出端加測試電壓vt t3 3、增益：、增益：IsRs+ +- -RiViIioLLoioRRRAivArr 適用于：適用于： 2022-4-25互導放大電路互導放大電路+ +- -VsIiRs+ +- -RiIo+ +- -RLVoRoRiVi互導放大電路的基本模型互導放大電路的基本模型1 1、輸入電阻、輸入電阻Ri i：2 2、輸出電阻、輸出電阻Ro：信號源短路（保留內阻）、負載開路的：信號源短路（保留內阻）、負載開路的情況下，在輸出端加測試電壓情況下，在輸出端加測試電壓vt t3 3、增益：、增益：AgsViRooLosioRRRAviAgg 適用于：適用于： 2022-4-2

41、5放大電路的主要性能指標放大電路的主要性能指標 衡量品質優(yōu)劣的標準；決定其使用范圍的依據。衡量品質優(yōu)劣的標準；決定其使用范圍的依據。 輸入電阻（對前級電路的等效負載）輸入電阻（對前級電路的等效負載） 輸出電阻（對后級電路的等效信號源內阻）輸出電阻（對后級電路的等效信號源內阻） 增益（放大倍數，表明放大電路的放大能力）增益（放大倍數，表明放大電路的放大能力） 頻率響應和帶寬以及信號的線性失真頻率響應和帶寬以及信號的線性失真 非線性失真非線性失真)()()j ()j ()j (io VVAVVA 2022-4-25三極管三極管H參數簡化模型三種布局參數簡化模型三種布局bi ber+cevbevci

42、bibec 2022-4-25例題（小信號模型法）例題（小信號模型法）例例: 共射放大電路如圖所示。設：共射放大電路如圖所示。設：VCC12V，Rb=300k,RC=4k, RL=4k,BJT的的 =40。-+viTCb1Cb2RbRcVCC-+vo3）若輸出電壓的波形出現(xiàn)如）若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 下失真下失真 ，是截止還是飽和，是截止還是飽和 失失真？應調節(jié)哪個元件？如何真？應調節(jié)哪個元件？如何調節(jié)？調節(jié)？2）估算電路的電壓放大倍數、）估算電路的電壓放大倍數、輸入電阻輸入電阻Ri和輸出電阻和輸出電阻Ro。1）求電路的靜態(tài)工作點）求電路的靜態(tài)工作點Q。 2022-4-25靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題

43、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題一、關于靜態(tài)工作點：一、關于靜態(tài)工作點：1. 三極管的靜態(tài)工作點三極管的靜態(tài)工作點IBQ、 ICQ、IEQVCEQ、 VBEQ、VCBQ2. 影響微變電阻影響微變電阻rd，繼而影響動態(tài)性能，繼而影響動態(tài)性能3. 和非線性失真密切相關和非線性失真密切相關二、二、基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路4. 影響影響Q點穩(wěn)定性的因素：點穩(wěn)定性的因素：電源電壓的波動、元件參數的分散性及元件老化、電源電壓的波動、元件參數的分散性及元件老化、環(huán)境溫度變化環(huán)境溫度變化 5. 穩(wěn)定穩(wěn)定Q點的措施點的措施影響影響Q點不穩(wěn)定的主要點不穩(wěn)定的主要 因素是溫度因素是溫度Q點是影響電路性能的主

44、要因素點是影響電路性能的主要因素其它射極偏置電路其它射極偏置電路 2022-4-25影響影響Q點穩(wěn)定性的因素點穩(wěn)定性的因素溫度對溫度對Q點的影點的影 響響a. 溫度升高，溫度升高，增大增大b. 溫度升高，溫度升高， ICBO增大增大c. 溫度升高，溫度升高， |VBE|減小減小導致集電極電流導致集電極電流ICQ增大增大老化老化其他方面其他方面管子長期使用后，參管子長期使用后，參數會發(fā)生變化，影響數會發(fā)生變化，影響Q點。點。 電路中電源電壓波動、電路中電源電壓波動、元件參數的變化等都元件參數的變化等都會影響會影響Q點。點。iBvBE25 C50C直流負載線直流負載線 2022-4-25穩(wěn)定穩(wěn)定Q

45、點的措施點的措施從元件入手從元件入手a. 選擇溫度性能好的元件選擇溫度性能好的元件b. 采用一定工藝處理以穩(wěn)定采用一定工藝處理以穩(wěn)定元件參數，防止元件老化元件參數，防止元件老化從環(huán)境入手從環(huán)境入手采用恒溫措施采用恒溫措施引入負反饋引入負反饋采用溫度補償采用溫度補償從電路入手從電路入手 基本共射電路基本共射電路固定偏置電路固定偏置電路 電路的電路的Q點往往通過調節(jié)電阻點往往通過調節(jié)電阻Rb來獲得，優(yōu)點是調試方便來獲得，優(yōu)點是調試方便bCCbBECCBRVRVVI 設計一個直流通路不但能設計一個直流通路不但能提供合適的提供合適的Q點位置；而點位置；而且隨溫度且隨溫度T的上升，有使的上升，有使IB減

46、小的趨勢；這樣可使減小的趨勢；這樣可使IC近似維持恒定，起到穩(wěn)定近似維持恒定，起到穩(wěn)定工作點工作點Q作用，作用， 2022-4-25采用溫度補償的方法穩(wěn)定采用溫度補償的方法穩(wěn)定Q點點習題習題4.4.2 (5版版)：如圖所示偏置電路中如圖所示偏置電路中,熱敏電阻熱敏電阻Rt具有負溫具有負溫度系數度系數,問是否能祈禱穩(wěn)定工作點的作用問是否能祈禱穩(wěn)定工作點的作用. 2022-4-25基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路1一、結構及工作原理一、結構及工作原理通過選擇適當的元件參數，使：通過選擇適當的元件參數，使：I2=（510）IB I1 I2CCb2b1b2BRRRVV 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定過程

47、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定過程CCb2b1b2BRRRVV VB基本穩(wěn)定基本穩(wěn)定eEBEBBERIVVVV TVBEICICIEVEIB由輸入特性曲線由輸入特性曲線 2022-4-25基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路2二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析直流通路直流通路CCb2b1b2BQVRRRV IBQ=ICQ/ VCEQ = VCC - ICQRC - IEQReICQ IE =VE/Re = （VBQ- VBE）/ Re 三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析 微變等效電路圖微變等效電路圖 計算各個主要的動態(tài)指標計算各個主要的動態(tài)指標 2022-4-25基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路3三、動態(tài)分

48、析三、動態(tài)分析 微變等效電路圖微變等效電路圖 計算各個主要的動態(tài)指標計算各個主要的動態(tài)指標ebeLebebLbio)(1 )(1 RrRRriRivvA ebbebi)1(Ririv )/(LCboRRiv 計算電壓增益計算電壓增益 2022-4-25基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路4三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析 微變等效電路圖微變等效電路圖 計算各個主要的動態(tài)指標計算各個主要的動態(tài)指標 計算輸入電阻計算輸入電阻ebebii)(1RrivR b2b1ii/RRRR 輸出電阻：輸出電阻：coRR ebeLv)(1RrRA beLvrRA bbei/ RrR coRR 思考：思考：若在若在

49、Re兩端兩端并電容并電容Ce會對會對Av、Ri、Ro有什么影響？有什么影響？ 2022-4-25其它射極偏置電路其它射極偏置電路含雙電源的射極偏置電路含雙電源的射極偏置電路含恒流源的射極偏置電路含恒流源的射極偏置電路 2022-4-25二、共基極放大電路二、共基極放大電路1. 結構結構2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析3. 動態(tài)分析動態(tài)分析共集電極和共基極放大電路共集電極和共基極放大電路一、共集電極放大電路一、共集電極放大電路1. 結構結構2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析3. 動態(tài)分析動態(tài)分析三、三、三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的比較電壓放大倍數電壓放大倍數1輸入阻抗高輸入阻抗高輸出阻抗小輸出阻抗小電路特點電路特點 20

50、22-4-25共集電極放大電路靜態(tài)分析共集電極放大電路靜態(tài)分析ebBECCB)1(RRVVI BCII eCCCeECCCERIVRIVV eEBEbBCCRIVRIV eBBEbB)1(RIVRI 2022-4-25共集電極放大電路動態(tài)分析共集電極放大電路動態(tài)分析 交流通路和微變等效電路交流通路和微變等效電路)/)(1)/)(1LebeLeiovRRrRRvvA )/()1(LebbebiRRiriv )/()1(LeboRRiv 1 Av： 2022-4-25共集電極放大電路動態(tài)分析共集電極放大電路動態(tài)分析 Ri：)/)(1LebebiiRRrivR bii/ RRR bLebe)(1R/

51、)R/Rr bssbeseo 1RRRrRRR Ro： 2022-4-25共集電路動態(tài)分析（輸出電阻）共集電路動態(tài)分析（輸出電阻）rRRRvrRvrRvvivR 1beseeTbesTbesTTTTobReT)1(iii beT)1(iRv besTbrRvi bss/ RRR 2022-4-25共基極放大電路靜態(tài)分析共基極放大電路靜態(tài)分析CCb2b1b2BQVRRRV IBQ=ICQ/ VCEQ = VCC ICQRC IEQReICQ IE =VE/Re = （VBQ VBE）/ Re 2022-4-25共基極放大電路動態(tài)分析共基極放大電路動態(tài)分析 交流通路和微變等效電路交流通路和微變等效

52、電路 Av：beLciov)/(rRRvvA bebiriv )/(LCboRRiv eiiivR eii/ RRR )(1)(1bebbebriri )(1/beerR Ro： Ri：ioRR 2022-4-25三種組態(tài)放大電路的比較三種組態(tài)放大電路的比較 2022-4-25(1) 有電壓放大能力有電壓放大能力,電壓放大倍數與共射極放大電路相同。電壓放大倍數與共射極放大電路相同。 Vo與與Vi同相。同相。(2) 沒有電流放大能力。沒有電流放大能力。(3) 輸入電阻小，輸出電阻大。輸入電阻小，輸出電阻大。(4) 在低頻放大電路很少應用。在低頻放大電路很少應用。 共基極放大電路的特點：共基極放大

53、電路的特點： 2022-4-25組合放大電路組合放大電路(56學時自學學時自學P75) 2022-4-25放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應 2022-4-25a)a)定義：放大器的電壓放大倍數與輸入信號頻率的關系定義：放大器的電壓放大倍數與輸入信號頻率的關系)()( |)(vvffAfA 稱為放大器的幅頻響應稱為放大器的幅頻響應其中，其中，)( |vfA稱為放大器的相頻響應稱為放大器的相頻響應)( f BJT放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應1. 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念b)b)頻率失真與非線性失真頻率失真與非線性失真c)c)放大電路的耦合與幅頻響應放大電路的耦合與幅頻響應d

54、)d)截止頻率與通頻帶截止頻率與通頻帶2. 折線波特圖折線波特圖3. RC電路的頻率響應電路的頻率響應4. 單級以及多級放大電路的頻率響應單級以及多級放大電路的頻率響應 2022-4-25RCCRCvvA j11j1j1iov （1 1）頻率響應表達式：）頻率響應表達式：2Hv)(11ffA 幅幅頻頻響響應應：)arctg(Hff 相相頻頻響響應應：RC低通網絡低通網絡RC+vivo幅頻響應曲線幅頻響應曲線相頻響應曲線相頻響應曲線RCf 21H 令令：Hiovj11ffvvA 則則：RC+vivo 2022-4-25最大誤差最大誤差 -3dB-3dB時時，當當 Hff 1)/(11|2Hv f

55、fAdB 01lg20|lg20v A時時，當當 Hff ffffA/)/(11|H2Hv )/lg(20|lg20HvffA 斜率為斜率為-20dB/-20dB/十倍頻程十倍頻程的直線的直線2Hv)(11ffA 幅頻響應：幅頻響應：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20vA-20dB/-20dB/十倍頻程十倍頻程 10Hff dB201 . 0|v ：A 100Hff dB4001. 0|v ：A Hff dB3707. 0|v ：A低通電路幅頻響應曲線低通電路幅頻響應曲線 2022-4-25時，時，當當 Hff 時，時，當當 Hff 0 90 時，時，當當 Hf

56、f 45 時，時，當當 100.1 HHfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 可見：當頻率較低時，可見：當頻率較低時，Av 1，輸出與輸入電壓之間的相位，輸出與輸入電壓之間的相位差差=0。隨著頻率的提高，。隨著頻率的提高， Av 下降，相位差增大，且輸出電下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后90o。其中其中fH是一個重要的頻率點，稱為上限截止頻率。是一個重要的頻率點，稱為上限截止頻率。 )arctg(Hff f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20vA-20dB/-20dB/十倍頻程十倍頻程f0.1f

57、H0fH10fH100fH-45-90 十十倍倍頻頻/45 低通電路相頻響應低通電路相頻響應 2022-4-25RCCjRRvvA / j11/1iov （1 1）頻率響應表達式：）頻率響應表達式：RCf 21L 令令：ffvvALiovj11 則則：2Lv)(11ffA 幅幅頻頻響響應應：)arctg(Lff 相相頻頻響響應應：RC高通網絡高通網絡CR+vovi幅頻響應曲線幅頻響應曲線相頻響應曲線相頻響應曲線 2022-4-25f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20vA最大誤差最大誤差 -3dB-3dB時時，當當 Lff 1)/(11|2Lv ffAdB 01

58、lg20|lg20v A時時，當當 Lff L2Lv/)/(11|ffffA )/lg(20|lg20LvffA 斜率為斜率為20dB/20dB/十倍頻程十倍頻程的直線的直線2Lv)(11ffA 1 . 0Lff dB201 . 0|v ：A 01. 0Lff dB4001. 0|v ：A20dB/20dB/十倍頻十倍頻 Lff dB3707. 0|v ：A高通電路幅頻響應曲線高通電路幅頻響應曲線 2022-4-25時，時，當當 Lff 時，時，當當 Lff 0 90 時，時，當當 Lff 時，時，當當 100.1 LLfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 可見：當頻率較高時

59、，可見：當頻率較高時，Av 1，輸出與輸入電壓之間的相位，輸出與輸入電壓之間的相位差差=0。隨著頻率的降低，。隨著頻率的降低， Av 下降，相位差增大，且輸出電下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前壓是超前于輸入電壓的，最大超前90o。其中，其中，fL是一個重要的頻率點，稱為下限截止頻率。是一個重要的頻率點，稱為下限截止頻率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20vA20dB/20dB/十倍頻十倍頻)arctg(Lff f0.01fL00.1fL fL10fL9045 45 十十倍倍頻頻/45 高通電路相頻響應曲線高通電路相頻響應曲線 2022

60、-4-25習題習題3.9.2 2022-4-251基本放大電路的組成?；痉糯箅娐返慕M成。 BJT加上合適的偏置電路（偏置電加上合適的偏置電路（偏置電路保證路保證BJT 工作在放大區(qū)）。工作在放大區(qū)）。2交流與直流。正常工作時，放大電路處于交直流共存的狀交流與直流。正常工作時，放大電路處于交直流共存的狀態(tài)。為了分析方便，常將兩者分開討論。態(tài)。為了分析方便，常將兩者分開討論。直流通路：交流電壓源短路，電容開路。直流通路：交流電壓源短路，電容開路。交流通路：直流電壓源短路，電容短路。交流通路：直流電壓源短路，電容短路。3三種分析方法。三種分析方法。（1）估算法（直流模型等效電路法）：估算）估算法（